了得網工業技術_雷達輻射源信號分析與處理

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《雷達輻射源信號分析與處理》以電子偵察為背景，介紹雷達輻射源信號分析與處理方面的專業知識。主要特色如下：
（1）以雷達輻射源信號為分析處理對像，基於長期的一線業務實踐，梳理理論方法，總結研究成果，緊貼一線需求。
（2）瞄準近年來廣泛出現的低截獲概率和復雜調制雷達信號的分析識別，內容針對性強，符合*的技術發展脈絡。
（3）可供電子信息領域（尤其是電子偵察方向）的高年級本科生、研究生作為教學參考書；也可作為一本重要的參考書，供廣大軍工科研人員參考。

內容簡介

本書針對雷達輻射源信號分析與處理，結合該領域的*發展，介紹雷達輻射源信號分析與處理的背景、概念、理論和方法，重點內容包括雷達輻射源信號調制方式、檢測方法、參數估計方法、基於時頻圖像、高階統計量的特征提取與識別等。
本書適用於高等院校信號分析與處理、雷達信號處理、電子信息工程等相關方向的高年級本科生或研究生，也可以為從事電子偵察、雷達工程、信號處理等領域的廣大專業技術人員提供參考。

目錄

第1章電子偵察概述

1.1電子情報基本概念

1.1.1電子偵察

1.1.2電子偵察的分類

1.1.3電子偵察與電子戰

1.1.4電子情報目錄

第1章電子偵察概述

1.1電子情報基本概念

1.1.1電子偵察

1.1.2電子偵察的分類

1.1.3電子偵察與電子戰

1.1.4電子情報

1.1.5電子情報的獲取

1.2雷達偵察信號特點

1.2.1雷達頻率

1.2.2雷達命名規則

1.2.3信號環境的特點

1.2.4信號環境的參數

1.3雷達偵察繫統

1.3.1雷達偵察設備的組成

1.3.2雷達偵察設備的技術
特點

1.3.3雷達偵察設備的技術
指標

1.4雷達偵察信號分析處理

1.4.1主要問題

1.4.2雷達信號截獲技術

1.4.3信號常規特征參數

1.4.4信號脈內特征

1.5本書的主要內容和架構

參考文獻

第2章電子偵察作用距離與參數
限制
2.1本章引言

2.2電子偵察作用距離

2.2.1簡單偵察方程

2.2.2繫統損耗和損失

2.2.3電波傳播過程中各種因素

對偵察作用距離的影響

2.3LPI雷達

2.4雷達信號的約束條件

2.4.1與帶寬相關的距離
分辨率

2.4.2運動目標和積累時間的

限制

2.4.3時間帶寬積或脈衝壓縮比的

限制

2.4.4多普勒分辨率的限制

2.4.5頻率捷變

2.4.6脈衝重復間隔捷變

2.4.7功率限制

2.5本章小結

參考文獻

第3章雷達信號波形與重復間隔

3.1本章引言

3.2雷達信號波形

3.2.1雷達信號模糊函數

3.2.2典型雷達脈內信號

3.3脈衝重復間隔變化

3.3.1脈衝重復間隔

3.3.2PRI調制方式及特點

3.4本章小結

參考文獻

第4章信號分析處理數學基礎

4.1本章引言

4.2時頻分析工具

4.2.1短時傅裡葉變換

4.2.2魏格納威爾時頻分布

4.2.3Cohen類時頻分布

4.2.4重排類時頻分布

4.3高階統計量

4.4MCMC方法

4.4.1蒙特卡洛方法

4.4.2馬爾科夫鏈

4.4.3蒙特卡洛馬爾科夫鏈

方法

4.5支持向量機分類器

4.5.1樣本線性可分情況

4.5.2樣本線性不可分情況

4.5.3多類樣本分類情況

4.6本章小結

參考文獻

第5章雷達偵察信號檢測

5.1本章引言

5.2檢測原理

5.3多相濾波器組實現信道化

5.4峰值功率檢測

5.5非相干積累檢測

5.6頻域檢測

5.7RAT檢測

5.8本章小結

參考文獻

第6章雷達信號參數估計

6.1本章引言

6.2線性調頻信號參數提取

6.2.1線性調頻信號的貝葉斯

估計模型

6.2.2MCMC算法

6.2.3仿真實驗

6.3相位編碼信號參數提取

6.3.1信號載頻估計

6.3寬度估計

6.3.3仿真實驗

6.4偽碼線性調頻復合信號參數

估計

6.4.1參數估計算法

6.4.2性能分析與仿真實驗

6.5FSK/PSK復合信號參數

估計

6.5.1算法原理

6.5.2信號預處理

6.5.3FSK調制參數估計

算法

6.5.4PSK調制參數估計

算法

6.5.5仿真實驗

6.6雷達輻射源信號瞬時頻率

估計

6.6.1基於時頻峰值檢測的IF

估計方法

6.6.2基於時頻圖像形態學的IF

估計

6.7本章小結

參考文獻

第7章基於時頻圖像特征的雷達信號
識別
7.1本章引言

7.2時頻分布Rényi熵特征提取
與識別

7.2.1時頻分布Rényi熵

7.2.2支持向量機分類器

7.2.3時頻分布Rényi熵特征識別

性能實驗及結果分析

7.3時頻形狀特征的提取與
識別

7.3.1時頻圖像形狀特征

提取

7.3.2時頻圖像預處理

7.3.3中心矩特征

7.3.4偽Zernike矩特征

7.3.5時頻圖像形狀特征識別

性能實驗及結果分析

7.4時頻圖像LBP紋理特征提取

與識別

7.4.1時頻圖像預處理

7.4.2LBP紋理描述子

7.4.3時頻圖像LBP紋理特征識

別性能實驗及結果分析

7.5本章小結

參考文獻

第8章基於高階統計量的雷達信號
識別
8.1本章引言

8.2基於雙譜的雷達輻射源信號

識別

8.2.1雙譜

8.2.2雙譜的估計

8.2.3對角積分雙譜特征

提取

8.2.4仿真實驗及分析

8.3基於循環雙譜的雷達輻射源

信號識別

8.3.1循環雙譜

8.3.2基於循環雙譜的特征

提取

8.3.3仿真實驗及分析

8.4本章小結

參考文獻

前言

前言
電子偵察是現代戰爭的重要組成部分，是獲取電子情報的重要手段，也是電子對抗執行行動的前提條件。由於以雷達信號為代表的電子信號廣泛地應用於各種武器平臺，長期以來，對雷達的偵察和情報處理在電子戰中占據著重要地位。因此，雷達輻射源信號的精確分析與處理受到了廣泛的關注，產生了一繫列技術研究成果。
本書以電子偵察為背景，對雷達輻射源信號的分析與處理進行了深入討論。本書是作者所在研究團隊近年來在電子偵察信號分析領域研究工作的總結和梳理，介紹了該領域的一些基本原理和研究結果，供讀者參考使用。全書分為8章。第1章主要介紹了電子情報偵察的基本概念和主要問題；第2章主要介紹了電子偵察方程和雷達參數設計的特點；第3章主要介紹了雷達信號的常見形式；第4章主要介紹了開展雷達信號分析的主要數學工具；第5章主要介紹了常見的雷達偵察信號檢測方法；第6章是雷達信號參數估計方法的介紹和討論；第7章是基於時頻圖像特征的雷達信號識別方法介紹；第8章介紹了基於高階統計量的雷達信號識別方法。前言
電子偵察是現代戰爭的重要組成部分，是獲取電子情報的重要手段，也是電子對抗執行行動的前提條件。由於以雷達信號為代表的電子信號廣泛地應用於各種武器平臺，長期以來，對雷達的偵察和情報處理在電子戰中占據著重要地位。因此，雷達輻射源信號的精確分析與處理受到了廣泛的關注，產生了一繫列技術研究成果。
本書以電子偵察為背景，對雷達輻射源信號的分析與處理進行了深入討論。本書是作者所在研究團隊近年來在電子偵察信號分析領域研究工作的總結和梳理，介紹了該領域的一些基本原理和研究結果，供讀者參考使用。全書分為8章。第1章主要介紹了電子情報偵察的基本概念和主要問題；第2章主要介紹了電子偵察方程和雷達參數設計的特點；第3章主要介紹了雷達信號的常見形式；第4章主要介紹了開展雷達信號分析的主要數學工具；第5章主要介紹了常見的雷達偵察信號檢測方法；第6章是雷達信號參數估計方法的介紹和討論；第7章是基於時頻圖像特征的雷達信號識別方法介紹；第8章介紹了基於高階統計量的雷達信號識別方法。
本書由胡德秀、趙擁軍、陳世文、黃東華共同編著，集中了研究團隊近年來所取得的主要研究成果，在此特別感謝白航、雷恆恆、肖樂群、瀋偉等研究生提供的大量素材。黃潔教授和趙闖、黨同心副教授對書稿的撰寫提供了大量的指導與幫助，研究生劉智鑫、趙勇勝、劉亞奇、姜宏志對書稿進行了大量修訂工作。在本書的編寫過程中也得到了戰略支援部隊信息工程大學五院各級領導和同事的幫助和指導，在此深表感謝。本書得到國家自然科學基金（61703433）的資助，在此表示感謝。
由於作者水平有限，書中難免存在一些缺點和不足，殷切希望廣大讀者批評指正。
著者
2019年4月於鄭州

在線試讀

第3章雷達信號波形與重復間隔
3.1本章引言
本章從主動雷達的角度，對雷達信號的波形以及脈衝重復規律進行深入的介紹，它們是進行雷達偵察信號分析與處理的必要基礎。本章首先對現代雷達常見的信號波形進行了分析，從頻譜、時頻圖等特征入手，對信號的脈內調制特征進行分析；在此基礎上，介紹了現代雷達常見的脈衝重復間隔變化規律。
3.2雷達信號波形
3.2.1雷達信號模糊函數

在對雷達信號波形進行設計時，不僅需要考慮信號的低截獲特性，還需要考慮信號本身所具有的分辨率、探測精度等問題，而模糊函數正是對雷達信號進行分析研究和波形設計的一個有效工具，模糊函數定義為信號復包絡的時間頻率復合自相關函數，以χ(τ,fd)表示，即：
χ(τ,fd)=∫∞-∞u(t)u*(t τ)ej2πfdtdt（31）
式中，τ為回波延遲，fd為多普勒頻移。根據模糊函數繪制的三維圖稱為模糊圖，理想的模糊圖是一個在原點處的衝激函數，表示隻有當兩個目標完全重合並且速度一致時，纔無法分辨。所以，在實際的波形設計中，期望在原點處獲得高的尖峰，以獲得高的速度和距離分辨率。除原點尖峰外，模糊圖還有可能在其他地方出現尖峰，因此模糊函數可以說明信號的混淆情況。在原點附近，等強度的輪廓線是一個區域，區域的大小決定了目標觀測的精度，因此希望模糊圖盡可能尖銳，以提高探測精度。模糊函數還可以說明信號的抗干擾性能，當雷達的雜波區域圖與信號模糊圖重疊時，根據其相對位置關繫判斷該信號對該雜波是否具有良好的雜波抑制特性。
基於以上考慮，常用來作為雷達信號波形的信號有線性調頻(LFM)信號、非線性調頻(NLFM)信號、偽碼調相(PSK)信號、頻率編碼(FSK)信號以及多種方式進行復合調制信號，如偽碼線性調頻信號、FSK/PSK信號等。

3.2.2典型雷達脈內信號第3章雷達信號波形與重復間隔
3.1本章引言
本章從主動雷達的角度，對雷達信號的波形以及脈衝重復規律進行深入的介紹，它們是進行雷達偵察信號分析與處理的必要基礎。本章首先對現代雷達常見的信號波形進行了分析，從頻譜、時頻圖等特征入手，對信號的脈內調制特征進行分析；在此基礎上，介紹了現代雷達常見的脈衝重復間隔變化規律。
3.2雷達信號波形
3.2.1雷達信號模糊函數

在對雷達信號波形進行設計時，不僅需要考慮信號的低截獲特性，還需要考慮信號本身所具有的分辨率、探測精度等問題，而模糊函數正是對雷達信號進行分析研究和波形設計的一個有效工具，模糊函數定義為信號復包絡的時間頻率復合自相關函數，以χ(τ,fd)表示，即：
χ(τ,fd)=∫∞-∞u(t)u*(t τ)ej2πfdtdt（31）
式中，τ為回波延遲，fd為多普勒頻移。根據模糊函數繪制的三維圖稱為模糊圖，理想的模糊圖是一個在原點處的衝激函數，表示隻有當兩個目標完全重合並且速度一致時，纔無法分辨。所以，在實際的波形設計中，期望在原點處獲得高的尖峰，以獲得高的速度和距離分辨率。除原點尖峰外，模糊圖還有可能在其他地方出現尖峰，因此模糊函數可以說明信號的混淆情況。在原點附近，等強度的輪廓線是一個區域，區域的大小決定了目標觀測的精度，因此希望模糊圖盡可能尖銳，以提高探測精度。模糊函數還可以說明信號的抗干擾性能，當雷達的雜波區域圖與信號模糊圖重疊時，根據其相對位置關繫判斷該信號對該雜波是否具有良好的雜波抑制特性。
基於以上考慮，常用來作為雷達信號波形的信號有線性調頻(LFM)信號、非線性調頻(NLFM)信號、偽碼調相(PSK)信號、頻率編碼(FSK)信號以及多種方式進行復合調制信號，如偽碼線性調頻信號、FSK/PSK信號等。

3.2.2典型雷達脈內信號
為了適應現代戰爭的需求，科研人員設計出了多種復雜的雷達波形和靈活多變的調制方式。常規脈內無調制的脈衝信號在當前電子戰環境中所占的比重越來越小，復雜體制雷達輻射源迅速增加並逐漸占據主導地位，這給雷達輻射源信號偵察及後續的分選識別帶來了新的挑戰。脈內調制是雷達信號設計者為了實現某種特定的功能，人為在信號脈衝內部進行調制。由於信號發射設備峰值功率的限制，使得大的時寬和帶寬不可兼得，從而導致雷達繫統的測距精度、距離分辨率與測速精度、速度分辨率與作用距離之間存在不可調和的矛盾［1］。由模糊函數理論可知，對寬脈衝信號加入脈內調制能提供大的時間帶寬積，可以有效解決這一矛盾。脈衝壓縮雷達正是根據這一原理而設計的，因此脈壓體制是現代雷達，特別是軍用雷達廣泛采用的一種體制，如美國的ACWAR雷達信號采用相位編碼脈衝壓縮形式，主要用來截獲和跟蹤目標；意大利的PILOT雷達信號采用線性調頻脈衝壓縮形式，主要用於海上導航；美國的SANCTUAY雷達信號采用相位編碼脈衝壓縮形式，主要利用雙基地體制完成遠程監視與跟蹤；美國休斯公司的AN/APQ181雷達信號采用脈衝編碼壓縮，主要裝備在B2隱身轟炸機上。
雷達信號的脈內調制方式通常包括幅度調制、相位調制、頻率調制以及混合調制等，如表31所示。由於雷達信號多為短脈衝制式，信號能量決定了其檢測能力的大小，為充分利用雷達發射機的功率，一般不采用脈內幅度調制，而主要使用頻率調制和相位調制，同時這兩種體制也是具有大時間帶寬積的脈衝壓縮雷達主要的信號形式［2］。

表31常見的雷達輻射源信號脈內調制方式

調制方式信號類型信號描述

頻率調制

線性調頻信號頻率隨時間呈線性變化

頻率編碼信號頻率隨時間呈階梯狀分布

非線性調頻信號餘弦調頻

正切調頻

反正切調頻

雙曲線調頻

偶二次調頻頻率是時間的餘弦函數

頻率是時間的正切函數

頻率是時間的反正切函數

頻率是時間的雙曲線函數

頻率是時間的偶二次函數

V型調頻信號頻率隨時間呈V型分布

線性步進頻率編碼頻率隨時間呈階梯狀分布

相位調制

二相編碼信號編碼調制函數離散，瞬時頻率出現多個相同峰值

多相編碼信號編碼調制函數離散，瞬時頻率出現多個不同峰值

混合調制

二相編碼與線性調頻組合調制間隔內頻率呈線性變化，信號波形與二相編碼信號相同

頻率編碼與二相編碼組合調制信號每頻率內呈現二相編碼頻率，信號波形為多頻率分布

頻率編碼與四相編碼組合調制信號每頻率內呈現四相編碼頻率，信號波形為多頻率分布
理論上雷達信號的調制方式可以隨意改變，但為了滿足雷達繫統特定功能的需求，雷達信號波形設計必須遵循一定的規則部分規則已在第2章進行了介紹。如為滿足動目標跟蹤的要求，雷達工作頻率、脈寬、幅值等必須具有高度的短期穩定性；為了同時兼顧測距精度、距離分辨率與測速精度、速度分辨率，需要采用脈衝壓縮體制的大時寬、帶寬積信號；為了削弱多普勒頻移的影響，需要采用LFM信號；為了獲得很高的時延和多普勒分辨能力，需要采用相位調制信號［3］。因此在一定條件下，為了滿足雷達的作戰性能需求，必須選擇與之相適應的信號形式和參數。一旦雷達繫統的用途和功能確定，相應的雷達信號調制方式和參數也基本上能確定下來，從而使得提取相對穩定的輻射源信號調制特征成為可能。
設偵察接收機接收信號的模型為：
x(t)=s(t) v(t),0≤t≤T(32)
式中，s(t)為雷達信號，v(t)為高斯白噪聲，T為脈衝寬度。
信號的功率為
Ps=1N∑N-1t=0|s(t)|2
(33)
噪聲的功率為
σ2=1N∑N-1t=0|v(t)|2(34)

信噪比(SNR)定義為
SNR=10log10(Ps/σ2)(35)

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